رنگینه‌ها در مقابل رنگدانه‌ها

با توجه به حلالیت این مواد، رنگزاهای آلی به دو دسته تقسیم می‌شوند؛ رنگینه‌ها (Dyes) و رنگدانه‌ها (Pigments). تفاوت اساسی این است که رنگینه‌ها محلول در آب و/یا حلال آلی هستند، در حالیکه رنگدانه‌ها در هر دو نوع مایع غیر محلول هستند. رنگینه‌ها برای رنگ کردن اجزایی که کشش دارند استفاده می‌شوند. رنگدانه‌ها می‌توانند برای رنگ کردن هر جزء پلیمری مورد استفاده قرار گیرند البته با مکانیسمی کاملا متفاوت از رنگینه‌ها، که در آن فقط رنگرزی سطحی دخیل است مگر اینکه رنگدانه‌ها با پلیمر قبل از تشکیل ذرات لیف یا قالب مخلوط شوند.

ملاحظات در ساخت رنگینه‌ها

کشش جزء – رنگینه

رنگینه‌ها یک یا تعداد بیشتری گروه آزو در خود دارند (یعنی رنگینه‌ها آزو) که شامل خانواده بسیار بزرگی از رنگینه‌های آلی می‌شود. گونه‌های مهم عبارتند از 1) رنگینه‌های اسیدی برای پلی‌آمید و اجزای پروتئینی مانند نایلون، پشم، و ابریشم؛ 2) رنگینه‌های پخش شونده یا دیسپرس (disperse) برای اجزای آبگریز مانند پلی‌استر و استات، و 3) رنگینه‌های مستقیم و فعال برای اجزای سلولزی مانند پنبه، ریون (ابریشم مصنوعی: rayon)، کتان، و کاغذ. عموما، سنتز رنگینه‌های آزو شامل دو مرحله است. مرحله 1 تبدیل یک آمین آروماتیک به ترکیب دی‌آزو (یعنی Ar-NH₂ à Ar-N²⁺)، این فرایند با نام diazotization شناخته می‌شود، و مرحله 2 واکنش ترکیب دی‌آزو با فنول، نفتل، آمین آروماتیک، یا یک ترکیب که گروه متیلن فعال دارد، می‌باشد، تا تولید رنگینه‌ی آزو مورد نظر را کند، که این فرایند تحت عنوان جفت‌ سازی دی‌آزو (diazo coupling) شناخته می‌شود (برای مثال. Ar-N²⁺+Ar’-OH à Ar-N=N-Ar’-OH). این فرایند برای تشکیل هم رنگینه و هم رنگدانه‌ی آزو مناسب است. ساختارهای معمول رنگزاهایی که به دو گروه تقسیم می‌شوند در شکل 7 نشان داده شده است.

به این دلیل که تأثیر گزاری فرایند رنگرزی یا پرینتینگ معمولا منوط است بر کشش میان رنگینه و جزء مورد عمل، رنگینه‌ها با توجه به جزء مورد عمل فرضی تولید می‌شوند. با توجه به این مطلب، رنگینه‌ها باید باید به گونه‌ای ساخته شوند که الف) کشش بیشتر برای جزء مورد عمل نسبت به واسطه (medium) (معمولا آب) با توجه به زمینه کاربرد و ب) درجه‌ی بالایی از ثبات تحت شرایط کاربرد (برای مثال. مقاومت در برابر کمرنگ شدن در مقابل آب و/یا نور آفتاب). در ادامه خلاصه‌ای از انواع ملاحظات در تعامل با تولید رنگینه‌ها برای اجزای پلیمری (بویژه پایه لیف) را می‌آوریم. توانایی رنگزاها برای یک نوع جزء مشخص نتیجه‌ی فرایند پیش بینی طرح مولکول است که جزء مورد عمل و کاربرد را مورد توجه قرار می‌دهد.

رنگینه‌ها برای پلی‌استر

رنگینه‌های تولیدی برای پلی‌استرها به عنوان رنگینه‌های پخش شونده (disperse) شناخته می‌شوند. در این مورد، مکانیسم رنگی کردن شامل حل کردن رنگینه در ماتریکس پلیمری برای تشکیل یک محلول جامد-جامد می‌شود. با استفاده از مزایای این قانون شناخته شده که "همنوع، همنوع را در خود حل می‌کند"، رنگینه‌های پخش شونده به طوری طراحی شده‌اند که در طبیعت آبگریز هستند. چنین رنگزاهایی بسیار اندک در آب حل می‌شوند و اسم‌هایشان نیز از این حقیقت که پخش شوندگی آن‌ها خیلی بهتر از حالت حل شده در آب می‌تواند عمل رنگ کردن را انجام دهد نشأت می‌گیرد. یک نمونه C.I. Disperse Blue 165 (شکل 7) هست. رنگینه‌های پخش شونده هیچ کششی نسبت به پلیمرهای آبدوست ندارند، مانند سلولز، که این مطلب سبب می‌شود این رنگینه‌ها برای رنگ کردن پنبه، سلوفان و کاغذ مناسب نباشند و در عض برای رنگ کردن پلی اتیلن ترفتالات (PET) و سلولز استات بسیار مناسب باشند.

رنگینه‌ها برای پلی‌آمیدها و پروتئین‌ها

رنگینه‌ها برای این مواد معمولا با ماتریکس پلیمر تشکیل پیوندهای یونی می‌دهند (شکل 8). در این حالت رنگینه‌هایی که دارای یک بار منفی (آنیونی) هستند مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا پلی‌آمیدها مانند نایلون و پلوتئین‌ها مانند پشم، ابریشم و چرم دارای بار مثبت (کاتیونی) هستند _ خصوصا در زمان فرایند رنگرزی. رنگینه‌های آنیونی برای مواد پلی‌آمیدی و پروتئینی به عنوان رنگینه‌های اسیدی شناخته می‌شوند، یک مثال از این گونه C.I. Acid Black (شکل 9) می‌باشد. این رنگینه‌ها اسم‌هایشان را از این حقیقت می‌گیرند که آنها معمولا برای موادی که در حد متوسط دارای خاصیت اسیدی هستند  مورد استفاده قرار می‌گیرند. این رنگینه‌ها مقدار کم یا تقریبا هیچ کششی نسبت به پلی‌استر، سلولز یا پلیمرهای کاتیونی ندارند زیرا چنین موادی نمی‌توانند یک پیوند یونی با آن‌ها برقرار کنند.

رنگینه‌ها برای پلیمرهای کاتیونی

رنگینه‌ها برای این مواد نیز با ماتریکس پلیمر تشکیل پیوند یونی می‌دهند. در این حالت، رنگینه‌هایی که حامل یک بار مثبت (کاتیونی) هستند مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا پلیمرهایی نظیر پلی‌اکریلونیتریل (poly acrylonitrile) حامل یک بار منفی (آنیونی) هستند که خاصیت یونی جزء مورد عمل را برخلاف آنچه در بالا برای رنگینه‌های اسیدی توضیح دادیم می‌کند. رنگینه‌های کاتیونی برای مواد اکریلیک از ابتدا به عنوان رنگینه‌های بازی شناخته می‌شدند، یک نمونه از این گروه C.I. Basic Red 18 (شکل 9) می‌باشد. امروزه، آن‌ها اسم خود را از این حقیقت گرفته‌اند که این مواد با گروه کاتیونی واکنش می‌دهند. این رنگینه‌ها هیچ کششی نسبت به پلی‌استر، سلولز یا پلیمرهای پلی‌آمیدی ندارند، زیرا چنین موادی نمی‌توانند تشکیل پیوند یونی با آن‌ها دهند، البته، رنگینه‌های کاتتیونی می‌توانند برای رنگرزی الیاف پروتئینی مورد استفاده قرار گیرند و در حقیقت اولین رنگینه سنتزی، موفین (mauveine) (با اسم شیمیایی 3-آمینو-2و9-دی متیل-5-فنیل-7-(پی-تولیلامینو) فنازینیوم استات) یک رنگینه بازی بوده که برای رنگ کردن ابریشم مورد استفاده قرار می‌گرفته. این نشان‌دهنده مزایای حضور گروه کربوکسیلات (-CO₂^-) در ابریشم و پشم می‌باشد.